下承式钢管混凝土系杆拱主桥支架体系端横梁处支架研究

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1 工程概况
新通扬运河2#桥帮宽桥,横跨三级航道新通扬运河,通航净空60m×7m。桥全长242.4米,桥跨分布4×20m+1×82.4m+4×20m,主桥采用下承式钢管混凝土系杆拱,为满足新通扬河三级航道通航净空要求,设计采用单跨82.4m的系杆拱进行跨越。图1所示。
图1系杆拱桥跨越新通扬运河
2 系杆拱端横梁处支架体系方案设计
2.1支架设计
支架采用碗扣式满堂钢管支架, 碗扣型脚手架材料为:48mm*3.25mm(Q235)热轧钢管,碗扣式支架使用与立杆配套的横杆及立杆可调底座、立杆可调托撑,采用 50型可调 U型标准顶托,可调高度为 35cm,按下部支撑钢管每根布置,顶托伸出长度不得大于 30cm。支架立杆横向间距 30cm、纵向间距 60cm,横杆步距采用120cm;架设按规范要求设置纵向及横向剪力撑,确保支架稳定性。支架搭设立面图2所示。
图2支架搭设立面
2.2模板设计
端横梁侧模设置1.5cm 厚竹胶板的面板,面板外10×10cm 落叶松方木竖肋,竖肋间距 20cm;竖肋外侧则为 I10#工字钢水平肋,水平肋间距为 60cm;同一高度处两侧面的水平肋再由φ16mm 圆钢对拉,拉杆两头车丝,通过双螺栓拧紧。侧模图3所示。端横梁底模板体系由下至上分别为 30cm 钢管、10cm 上托、I10#工字钢、10cm×10cm 方木、1.5cm 厚竹胶板,使用上托调整模板底标高。在墩顶区域的拱脚底模直接在墩身顶面上设置支撑系统,由下至上分别为20cm 钢管立杆、10cm 上托、10×10 木方、1.5cm 厚竹胶板。
钢管横向使用扣件连成整体。底模图4所示。
在主桥7#、8#主墩处,首先清除原地面承台回填的软弱基层,换填土方并碾压密实,完成后铺设60cm厚废砖渣,碾压密实后浇筑15cm厚 C25混凝土。地坪四周做好排水系统,确保基础不被雨水浸泡,处理后的地基顶面应设置双面1%~2%横坡,以利于排水。
图3侧模布置图
图4底模立面图
3 端横梁处支架体系验算
3.1 计算参数
(1)材料
建筑建材
148
(2)荷载标准值
① 梁体自重: 2 5 k N / m 3 , 分项系数 1 . 2 ; ② 模板、支架重:1.0kPa,分项系数 1.2;③施工人员和施工材料、机具行走运输或堆放荷载:分项系数1.4计算模板及直接支承模板的小楞时,均布荷载取 2.5kPa;计算直接支承小楞的梁或拱架时,均布荷载取1.5kPa;计算支架立柱及支承拱架的其他结构构件时,均布荷载取1.0kPa;④振捣混凝土时产生的荷载对水平面模板为 2.0kPa,对垂直面模板为 4.0kPa;分项系数 1.4;⑤新浇混凝土对模板侧面压力:
分项系数 1.4。
3.2 模板(竹胶板)受力计算
底模为受弯构件,验算其抗弯强度和刚度,取单位宽度 1m的模板作为计算单元。计算单元的截面抗弯惯性矩 I 和截面抗弯模量 W 分别为:I=1000×153 /12=28.1×104 mm4 ;W=1000×152/6=3.75×104 mm3 底模按照支撑在方木上的三跨连续梁计算,计算跨径 200mm。模板计算简图图5所示。
图5模板计算简图
(1)荷载计算
系杆宽1.2m,截面积为 S=1.566m2,沿纵梁方向上线荷载计算如下:
① 静荷载( 包括混凝土梁和模板底模的自重) : q 静 =26×1.566×1+1.0×1.2 = 41.916kN/m②施工荷载(包括人员、材料、机具运输或堆放荷载,混凝土振捣荷载):q活= (2.5 + 2.0)×1.2 = 5.4kN/m
(2)抗弯强度验算
取荷载最不利作用下最大弯矩值进行验算:M = 0.1×q×l2其中:q = 1.2 ×41.916 +1.4×5.4 = 57.859kN/m;换算到底板计算宽度 1 . 2 m 的面荷载为: q ' = 5 7 . 8 5 9 / 1 . 2 = 4 8 . 2 1 6 k N /m;M m a x= 0 . 1 × 4 8 . 2 1 6 × 0 . 2 0 2 = 0 . 1 9 3 k N · m;底模σm a x =0.193×1000×1000/37500=5.15MPa<fc=21MPa抗弯强度满足要求。
(3)抗剪强度验算
τmax=3Q /(2 A)其中剪力 Q=0.6ql =0.6×48.216×0.20×1000=5785.9N, A = 15000mm2,τmax=3Q/(2A)=3×5785.9/(2×15000)=0.579MPa<ft=1.4MPa 抗剪强度满足要求
(4)变形验算(挠度验算)
挠度计算公式为:
模板最大挠度计算值:
ω m a x = 0 . 6 7 7 q l 4 / 1 0 0 E I ≦ [ ω ] = l / 4 0 0 = 0 6 7 7 q l 4 / 1 0 0EI=0.677×41.916×0.204×1000/(100×5500×106×28.1×10-8)=0.294mm<200/400=0.5mm挠度满足要求。
3.3 底模小纵梁 100×100mm 方木受力计算
对底模板体系, 面板采用 1 5 m m 竹材胶合板, 小楞采用10cm×10cm落叶松方木,大楞采用10#工字钢,小楞间距 20cm,大楞横向置于碗扣支架立杆顶部托撑上,支架立杆横向间距30cm、纵向间距60cm。小楞100×100mm方木按照均布荷载作用下支撑在大楞10#工字钢上的三跨连续梁计算计算跨径600mm。
木方受力图6所示。截面特性计算:方木小梁的截面抗弯惯性矩I和截面抗弯模量W分别为:I=100×1003/12=8.33×106mm4W=100×1002/6=1.67×105mm3
图6木方受力图
(1)荷载计算
静荷载( 包括混凝土梁、模板底模和内楞的自重) :
q= 26×1.566×0.2 /1.2 + (1.0 + 0.2)×0.2=7.026kN/m②施工荷载( 包括人员、材料、机具运输或堆放荷载, 混凝土振捣荷载):q=(2.5+2.0)×0.2=0.9kN/m
(2)抗弯强度验算 取荷载最不利作用下最大弯矩值进行验算:
M = 0 . 1 × q × l 2其中:q = 1 . 2 × 7 . 0 2 6 + 1 . 4 × 0 . 9 = 9 . 6 9 k N /m ; M m a x = 0 . 1 × 9 . 6 9 × 0 . 6 2 = 0 . 3 4 9 k N . m ; 底模σ m a x =0.349×1000×1000/167000=2.09MPa<fc= 13MPa 抗弯强度满足要求。
(3)抗剪强度验算
τmax= 3Q /(2 A)其中剪力 Q = 0.6ql = 0.6×9.69×0.6×1000 =3488.4N , A = 10000mm2 τ max= 3Q/(2A) = 3×3488.4/(2 ×10000) =0.523MPa<ft = 1.6MPa 抗剪强度满足要求。
(4)变形验算(挠度验算)
其中q = 1 . 2 × 7 . 0 2 6 = 8 . 4 3 k N / m模板最大挠度计算值:
ωmax=0.677ql4/100EI≦[ω]=l/400=0.677×8.43×0.64 ×1000/(100×9000×106×8.33×10-6)=0.099mm<=600/400 =1.5mm 挠度满足要求。
3.4 底模横梁10#工字钢受力计算
对底模板体系,面板采用 1 5 m m 竹材胶合板,小楞采用10cm×10cm 落叶松方木,大楞采用10#工字钢,小楞间距20cm,大楞横向置于贝雷梁上方。大楞(横梁)10#工字钢按照均布荷载作用下支撑在贝雷梁上的三跨连续梁计算。计算跨径300mm。
10#工字钢的截面抗弯惯性矩I=2.45×106mm4,截面抗弯模量W=4.9×104mm3。
(1)荷载计算
① 静荷载( 包括混凝土梁、模板底模和内楞的自重) : q =26×1.566×0.6/1.2+(1.0+1.0+0.2)×0.6= 21.588 kN/m,②施工荷载( 包括人员、材料、机具运输或堆放荷载, 混凝土振捣荷载):q=(2.5+2.0)×0.6 =2.7kN/m 则作用在系杆宽度范围内的q=1.2×21.588 +1.4×2.7=29.650kN/m
(2)抗弯强度验算
取荷载最不利作用下最大弯矩值进行验算:M=0.1xq×l2其中:
q =1.2×7.026 +1.4×0.9=9.69kN∕m ;最大弯矩M=0.1×29.65×0.62= 1.067kN .m;底模σmax = 1.067×1000×1000/49000=21.78MPa<fc=205MPa 抗弯强度满足要求。
(3)抗剪强度验算
τmax=3Q /(2 A)其中剪力 Q=0.6ql= 0.6×29.65×0.6×1000=10674N, τmax=10374/(4.5×85.9)=27.61MPa<ft=125MPa 抗剪强度满足要求。
(4)变形验算(挠度验算)  

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